דואליות של חלקיקי גל: מה זה ואיך זה קורה?

ה דואליות גל-חלקיקים זהו מאפיין מובנה של הטבע הן לחלקיקים והן לגלים. ניתן לצפות בטבע הכפול באמצעות ניסויים בעת חקירת ה- התנהגות חלקיקים, כמו אלקטרונים, פרוטונים, נויטרונים ואפילו אטומים. הדואליות של חלקיקי הגל היא תוצאה של מספר רב של ניסויים ותיאוריות, כמו אלה הקשורים לאפקט הפוטואלקטרי, שהובהר על ידי אלברט איינשטיין.

ראה גם: בוזונים, פרמיונים, לפטונים - מודל סטנדרטי של פיזיקת החלקיקים

ההבדל בין גל לחלקיק

לפני שמדברים על דואליות של חלקיקי גל, חשוב להבין את המאפיינים של כל אחד מההיבטים הללו.

בְּ חלקיקים:

• לתפוס עמדה בחלל,
• ניחנים במסה,
• בעלי צורה מוגדרת,
• הם ממוקמים היטב, כלומר ניתן לקבוע בקלות את עמדתם.

כבר את גלים:

• הם הפרעות בחלל,
• אין עמדה מוגדרת,
• אין מסה,
• הן תופעות המובילות אֵנֶרְגִיָה,
• הם נתונים לתופעות של השתקפות, שבירה, עקיפה, הפרעה וכו '.

למרות היותם דברים שונים לחלוטין, מנקודת המבט של הפיזיקה, לכל חלקיק יש גל המשויך אליו ולהיפך. האופן שבו החומר מבטא את עצמו, בין אם בצורת גלים ובין אם בצורת חלקיקים, קשור לאופן בו הוא נצפה.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

דואליות גל-חלקיקים

דואליות החלקיקים הגלים הועמדה בספק כאשר תוצאות הניסוי של היינריך הרץ המתייחס ל

אפקט פוטואלקטרי נכנס ל סתירה ישירה למה שהיה צפוי להתנהגות האור, על פי התיאוריה האלקטרומגנטית של ג'יימס פקיד מקסוול.

על פי התיאוריה הנוכחית באותה תקופה, כל תדר של אור אמור להיות מסוגל להיפלט אלקטרונים של גיליון מתכת, לעומת זאת, תוצאות הרץ הראו שזה היה רק מתדרים מסוימים כי זוהתה פליטה כזו.

ה ההסבר לאפקט הפוטואלקטרי נעשה על ידי אלברט איינשטיין, בשנת 1905. איינשטיין הראה שאור מתנהג בצורה כמותית, כלומר הוא הופץ ב"חבילות "קטנות של אנרגיה הפשיט אלקטרונים ממתכת אם ורק אם לחבילות אלה הייתה רמת אנרגיה שיכולה להיספג באטומים. של מתכת. הרעיון שניתן לכמת אור לא היה חדש, שנים לפני שהרעיון הזה הוחל על קרינה תרמית על ידי הפיזיקאי הגרמני. מקס פלאנק, שהסביר את התופעה של נושא גוף שחור.

על פי הידע המודרני בפיזיקה, חומר מציג התנהגות גל.

בשנת 1923, לואי דה ברוגלי הציע כי חלקיקים מסוגלים להתנהג כמו גלים. ה השערתו של דה ברוגלי, כפי שנודע, הציע את קיומו של "גלי חלקיקים", עם זאת, היה צפוי כי אלקטרונים, פרוטונים וחלקיקים תת-אטומיים אחרים יכולים להציג אפקטים עד אז כמו גל, כמו שבירה (שינוי מהירות הגל), עקיפה (יכולת הגלים לעקוף מכשולים) וכו '.

השערתו של דה ברוגלי אושרה בשנת 1928 על ידי ניסוי דייויסון-גרמר, שכללה קידום של הִשׁתַבְּרוּת של אלקטרונים. לשם כך הופנתה קרן קתודה אל מטרת ניקל הניתנת לסיבוב, בכדי לשנות את הזווית בה פוגעת קרן האלקטרונים במישור אטומי הניקל. לאניקל.

התוצאות הראו שיאי עוצמה עבור חלקיקים שהשתקפו בזוויות מסוימות, המצביע על קיומו של דפוס של הפרעות בונות והרסניות להשתקפות ה אלקטרונים. מסקנת הניסוי הייתה ש אלקטרונים יכולים להיות מופרעים ולייצר הפרעות, וכך גם גלים אלקטרומגנטיים.

האיור הבא ממחיש את המצב בו מוסיפים אלקטרונים: על פי מרחק חוצה כל אלקטרון, נוצר דפוס של עוצמות, בדיוק כפי שקורה לגל מופרע על ידי א סדקזוג.

ראה גם: מה הם בuracos שחור?

הסבר לדואליות של חלקיקי גל

ההסבר לדואליות של חלקיקי הגל עלה עם התקדמותו של מכניקה קוואנטית. נכון לעכשיו, ידוע כי כל מערכות הקוונטים נשלטות על ידי מנגנון המכונה עקרון אי הוודאות של הייזנברג. על פי עיקרון זה, חלקיקים הם כמו "שדה של חומר", מכיוון שלא ניתן לקבוע בוודאות מוחלטת את מיקומו של חלקיק קוונטי.

מהתפתחות ה משוואת שרדינגר, אנו מבינים כי כל החלקיקים מאופיינים לחלוטין על ידי פונקציית גל, אשר דבר זה יותר מביטוי מתמטי הנושא את כל המידע שניתן להפיק ממנו. חֶלְקִיק.

לפני שנצפה במערכת קוונטית, המידע שלה אינו מוגדר, לאחר שנצפה הוא אפשרי כדי לאתר ולמדוד אותם, במקרה זה, אנו אומרים כי פונקציית הגל שלו קרסה, ומציגה את עצמה באחת הפונקציות שלה מדינות אפשריות. במילים אחרות, מה שקובע אם ישות קוונטית היא גל או חלקיק הוא מעשה התבוננות, מכיוון שניתן לערוך ניסוי ולהתבונן בהתנהגות גופנית וניסוי אחר חושף התנהגות בלתי מבוטלת - הכל בזכות קְטָטָהנותןפיזיקהקוונטית.

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה